DE19720017B4 - 90 ° phase shifter - Google Patents
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Abstract
9O°-Phasenschieber mit einem Frequenzteiler (Tr1, Tr2), Phasenschiebemitteln (1), die mit dem Frequenzteiler verbunden sind, zur Erzeugung von Ausgabesignalen mit einer vorgegebenen Phasendifferenz von 90°, wobei die Phasenschiebemittel (1) die Ausgabesignale, basierend auf einem ersten Eingangssignal (IN) als auch auf einem zweiten Eingangssignal (IN) für den Frequenzteiler, das ein Komplementärsignal des ersten Eingangssignals ist, erzeugt, gekennzeichnet durch
eine Detektorschaltung (2), die zwischen den Frequenzteiler und die Phasenschiebemittel (1) geschaltet ist zum Erfassen einer Gleichstromkomponente, die einem Offsetfehler in dem ersten (IN) und dem zweiten (IN) Eingangssignal entspricht, und
eine Rückkopplungsschaltung (3, 4), die die Gleichstromkomponente als Vorspannung an mindestens einen Eingangsanschluß des Frequenzteilers rückkoppelt.90 ° phase shifter with a frequency divider (Tr1, Tr2), phase shifting means (1), which are connected to the frequency divider, for generating output signals with a predetermined phase difference of 90 °, the phase shifting means (1) being the output signals based on a first Input signal (IN) as well as generated on a second input signal (IN) for the frequency divider, which is a complementary signal of the first input signal, characterized by
a detector circuit (2) connected between the frequency divider and the phase shift means (1) for detecting a DC component corresponding to an offset error in the first (IN) and the second (IN) input signal, and
a feedback circuit (3, 4) which feeds back the DC component as a bias voltage to at least one input connection of the frequency divider.
Description
Die Erfindung betrifft einen 90°-Phasenschieber aus einem T-Flip-Flop und insbesondere einen Hochfrequenz-90°-Phasenschieber, der für einen orthogonalen Modulator-Demodulator bei digitaler Kommunikation geeignet ist.The invention relates to a 90 ° phase shifter a T flip-flop and in particular a high-frequency 90 ° phase shifter, the for an orthogonal modulator-demodulator for digital communication suitable is.
Hinsichtlich der digitalen Kommunikation wird im allgemeinen ein Modulation-Demodulation-System wie OPSK (orthogonaler Phasenschiebeschlüssel; orthogonal phase shift keying) usw. für die Umsetzung verwendet. Bei diesem Modulation-Demodulations-System wird ein orthogonaler Modulator verwendet. Signale mit 90° Phasendifferenz zueinander werden in dem orthogonalen Modulator eingesetzt. Es ist erforderlich, daß ein derartiges 90°-Phasendifferenzsignal ein Signal mit hochpräziser Phasendifferenz ist.Regarding digital communication generally a modulation-demodulation system such as OPSK (orthogonal Phase shift key; orthogonal phase shift keying) etc. used for the implementation. This modulation-demodulation system uses an orthogonal one Modulator used. Signals with 90 ° phase difference to each other are used in the orthogonal modulator. It is necessary, the existence such 90 ° phase difference signal a signal with high precision Phase difference is.
Als erstes bekanntes Beispiel eines
90°-Phasenverschiebers
ist ein 90°-Phasenverschieber
mit T-Flip-Flop in
Die japanische Patentoffenlegungsschrift
Nr. Hei 3-159305 beschreibt einen 90°-Phasenschieber. Dies ist das
zweite bekannte Beispiel. In diesem Beispiel kann eine Phasenabweichung
korrigiert werden.
Der wie oben beschrieben aufgebaute 90°-Phasenschieber vergleicht das Ausgangssignal V01 mit dem Eingangssignal IN1. Eine Rückkopplung entsprechend der Phasenabweichung von der 90°-Phasendifferenz, die durch den Vergleich berechnet wurde, wird dem Ausgangssignal ausgesetzt, so daß die Abweichung einer Ausgabephase automatisch korrigiert wird. Entsprechend diesem Verfahren kann ein Ausgabesignal V01 mit präziser 90°-Phasendifferenz abgenommen werden.The 90 ° phase shifter constructed as described above compares the output signal V01 with the input signal IN1. A feedback corresponding to the phase deviation from the 90 ° phase difference caused by the comparison is calculated, is exposed to the output signal, So that the Deviation of an output phase is automatically corrected. Corresponding an output signal V01 with a precise 90 ° phase difference be removed.
Bei dem 90°-Phasenschieber gemäß dem ersten bekannten Beispiel ergibt sich die Schwierigkeit, daß der Wert des Einschaltverhältnisses sowohl des Eingangssignals IN als auch des komplementären Eingangssignals präzise bei 50% liegen muß. Wenn sich ein Offset im Einschaltverhältnis ergibt, wird der Offset direkt als Phasenabweichung von der 90°-Phase ausgegeben.With the 90 ° phase shifter according to the first known example, the difficulty arises that the value the duty cycle both the input signal IN and the complementary input signal precise must be 50%. If there is an offset in the duty cycle results, the offset is output directly as a phase deviation from the 90 ° phase.
Der 90°-Phasenverschieber gemäß dem zweiten bekannten Beispiel kann nur schwierig mit geringem Dissipationsstrom und stabilem Betrieb bei Hochfrequenz betrieben werden, da bei dem obigen Aufbau der 90°-Phasenschieber einen Vergleicher oder einen Operationsverstärker aufweisen sollte. Im allgemeinen ist es hinsichtlich dieser Schaltungen schwierig, sie mit geringer Dissipationsleistung und Hochgeschwindigkeitsbetrieb zu betreiben.The 90 ° phase shifter according to the second known example can be difficult with low dissipation current and stable operation at high frequency, because the The above structure of the 90 ° phase shifters should have a comparator or an operational amplifier. In general it is difficult with these circuits to reduce them Operate dissipation and high-speed operation.
90°-Phasenschieber
gemäß dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs ist bekannt aus
Hinsichtlich der vorgenannten Nachteile ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen 90°-Phasenschieber zu schaffen, der mit geringer Dissipationsleistung und mit Hochgeschwindigkeitsbetrieb arbeitet, wobei ein Ausgangssignal mit einer präzisen 90°-Phasendifferenz stabil abgenommen werden kann.With regard to the aforementioned disadvantages it is an object of the invention to provide a 90 ° phase shifter that with low dissipation performance and with high-speed operation works, with an output signal with a precise 90 ° phase difference stably decreased can be.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Hauptanspruches.According to the invention, this object is achieved by the characteristics of the main claim.
Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous embodiments result from the subclaims.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird zur Lösung der obengenannten Aufgabe ein 90°-Phasenschieber geschaffen mit einem 1/2-Frequenzteiler, der ein T-Flip-Flop einsetzt, und Phasenverschiebemittel zur Erzeugung eines Signals mit einer 90°-Phasendifferenz basierend auf einem ersten Eingangssignal, das auf einem 50%igen Einschaltverhältnis gehalten wird, und einem zweiten Eingangssignal, das ein Komplementärsignal des ersten Eingangssignals ist. Der 90°-Phasenschieber umfaßt Berechnungs- oder Detektormittel zum Erfassen einer Gleichstromkomponente, die einem Offset zum 50%igen Einschaltverhältnis in Bezug auf jedes der ersten und zweiten Eingangssignale entspricht, und Gleichstromrückkopplungsmittel, die eine Rückkopplung der Gleichstromkomponente als eine Vorspannung an ein Eingangsanschlußende des Phasenschiebemittels rückkoppelt.According to a first aspect of the invention to the solution the above task a 90 ° phase shifter created with a 1/2 frequency divider using a T flip-flop, and phase shifting means for generating a signal with a 90 ° phase difference based on a first input signal based on a 50% duty is held, and a second input signal, which is a complementary signal of the first input signal. The 90 ° phase shifter comprises calculation or detector means for detecting a DC component that has an offset of 50% duty corresponds with respect to each of the first and second input signals, and direct current feedback means, which is a feedback the DC component as a bias to an input terminal end of the Phase shift means fed back.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Detektormittel bei dem 90°-Phasenschieber einen ersten und einen zweiten Transistor auf, denen das erste und das zweite Eingangssignal eingegeben werden, und eine erste und eine zweite Last, die mit den Kollektoren des ersten und des zweiten Transistors verbunden sind, zum Abnehmen einer Gleichstromkomponente, die einem Offset zum 50%-Einschaltverhältnis entspricht, vom Kollektorstrom.According to a further aspect of the invention, the detector means in the 90 ° phase shifter has a first and a second transistor, to which the first and the second input signal and a first and a second load connected to the collectors of the first and second transistors for taking a DC component corresponding to an offset to the 50% duty ratio from the collector current.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Last des 90°-Phasenschiebers gemäß dem ersten Aspekt ein Widerstandselement oder ein Induktionselement.According to another aspect of Invention is the load of the 90 ° phase shifter according to the first Aspect of a resistance element or an induction element.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfassen die Rückkopplungsmittel bei dem 90°-Phasenschieber gemäß dem ersten Aspekt ein Tiefpaßfilter zum Abnehmen der Gleichstromkomponente von einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Last, und Verstärkungsmittel zum Verstärken der Gleichstromkomponente vor deren Ausgabe an die Eingangsanschlußenden der Phasenschiebemittel.According to another aspect of Invention comprise the feedback means with the 90 ° phase shifter according to the first Aspect of a low pass filter for removing the DC component from an electrical potential difference between the first and second loads, and reinforcing means for reinforcement the DC component before being output to the input terminal ends of the Phase shift means.
Die obige und weitere Aufgaben und neue Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich. Es soll hier jedoch ausdrücklich deutlich gemacht werden, daß die Zeichnungen lediglich zum Zweck der Erläuterung gedacht sind und nicht eine Definition der Grenzen der Erfindung darstellen.The above and other tasks and novel features of the invention will become apparent from the following detailed Description in conjunction with the accompanying drawings clearly. However, it is expressly intended here be made clear that the drawings only for the purpose of explanation and are not a definition of the limits of the invention.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.A preferred embodiment the invention will now be explained with reference to the accompanying drawings.
Schaltungsaufbaucircuit design
Der 90°-Phasenschieber der
Der 90°-Phasenschiebeschaltungsabschnitt
Ein Eingangssignal IN wird am Eingangsanschluß
Der Kollektor des Signaleingangstransistors Tr1
ist mit den Emittern der bidifferentiellen Transistoren Tr5, Tr8,
Tr10 und Tr11 über
einen Widerstand R5 verbunden, der eine Einschaltverhältnis-Überwachungslast
Beide Kollektoren der bidifferentiellen Transistoren Tr5, Tr6, die Kollektoren der bidifferentiellen Tranistoren Tr7, Tr8, die Kollektoren der bidifferentiellen Transistoren Tr9, Tr10 und die Kollektoren der bidifferentiellen Transistoren Tr11, Tr12 sind mit einer Spannungsquelle Vcc (Gleichstromversorgung) über gemeinsame Lastwiderstände R1, R2, R3 und R4 verbunden. Die gemeinsam verbundenen Kollektoren der Transistoren Tr5, Tr6 sind mit den beiden Basen der bidifferentiellen Transistoren Tr7, Tr9 verbunden, die gemeinsam verbundenen Kollektoren der beiden Transistoren Tr7, Tr8 sind mit den Basen der bidifferentiellen Transistoren Tr6, Tr12 verbunden, die gemeinsam verbundenen Kollektoren der Transistoren Tr9, Tr10 sind mit den Basen der bidifferentiallen Transistoren Tr11, Tr8 verbunden und die gemeinsam verbundenen Kollektoren der Transistoren Tr11, Tr12 sind mit den Basen der bidifferentiellen Transistoren Tr10, Tr5 verbunden.Both collectors of the bi-differential transistors Tr5, Tr6, the collectors of the bi-differential transistors Tr7, Tr8, the collectors of the bi-differential transistors Tr9, Tr10 and the collectors of the bi-differential transistors Tr11, Tr12 are connected to a voltage source Vcc (direct current supply) via common load resistors R1, R2, R3 and R4 connected. The collectively connected Ren of the transistors Tr5, Tr6 are connected to the two bases of the bidifferential transistors Tr7, Tr9, the collectors of the two transistors Tr7, Tr8 are connected to the bases of the bidifferential transistors Tr6, Tr12, the collectors of the transistors Tr9, Tr10 are connected to the bases of the bidifferential transistors Tr11, Tr8 and the collectors of the transistors Tr11, Tr12 which are connected together are connected to the bases of the bidifferential transistors Tr10, Tr5.
4-Phasen-Ausgangsanschlüsse 11, 12, 13 und 14 erstrecken sich von den Kollektoren, die gemeinsam miteinander verbunden sind. Phasendifferenzsignale mit 0°, 180°, 90° und 270° werden jeweils von den Ausgangsanschlüssen ausgegeben.4-phase output connections 11, 12, 13 and 14 extend from the collectors that are common are interconnected. Phase difference signals with 0 °, 180 °, 90 ° and 270 ° are each of the output connections output.
Desweiteren sind die Kollektoren
der Signaleingangstransistoren Tr1 und Tr2 mit dem Tiefpaßfilter
Schaltungsbetriebcircuit operation
Der Betrieb des 90° Phasenschiebers
mit dem oben beschriebenen Aufbau des Ausführungsbeispiels wird nun im
Detail mit Bezug auf die Zeitablaufdiagramme der
Im Folgenden wird der Betrieb unter
der Annahme erläutert,
daß eine
Verzerrung der beiden Eingangssignalformen an den Eingangsanschlüssen
Es werden jeweils die Schaltzeiten
der Signaleingangstransistoren Tr1 und Tr2 für jeweils T1 und T2 genommen.
Der Bezug dieser Schaltzeiten am Anfangszeitpunkt wird zu T1 = T2.
Unter dieser Annahme gibt jeder der Ausgangsanschlüsse
In Fällen, bei denen Signale mit
Verzerrungen an die Eingangsanschlüsse
Wenn die Beziehung zwischen T1 und
T2 T1 > T2 ist, wie
in
Wenn die Schleifenverstärkung optimiert
ist, nachdem die elektrischen Vorspannpotentiale der Signaleingangstransistoren
Tr1 und Tr2 konvergiert sind, werden die Schaltzeiten der Signaleingangstransistoren
Tr1 und Tr2 gleich, was zur Bedingung T1 = T2 führt. Folglich werden, wie in
Wie oben beschrieben wurde treten
in Fällen,
in denen Gleichstromoffsets zwischen den Eingangssignalen existieren,
die dem 90°-Phasenschiebeschaltungsabschnitt
Wenn der 90°-Phasenschieber gemäß der Erfindung eingesetzt wird, wird festgestellt, daß der Phasenfehler wegen Gleichstromoffset oder Offeet im Einschaltverhältnis des Eingangssignals verbessert ist. Insbesondere ist in einem ersten Experiment, bei dem ein Offset von 20 mV zwischen den Eingangssignalen des 90°-Phasenschiebers existiert und wenn das Einschaltverhältnis zwischen den Eingangssignalen sieh nur um 5% verschiebt, in beiden Fällen der Phasenfehler von 1,5° auf weniger als 0,1° verbessert. Gemäß einem zweiten Experiment, bei dem Einschaltverhältnis zwischen den Eingangssignalen um nur 2% verschoben ist, ist in solch einem Fall der Phasenfehler von 1,5° auf weniger als 0,2° verbessert.If the 90 ° phase shifter according to the invention is used, it is determined that the phase error due to DC offset or Offeet in the duty cycle of the input signal is improved. In particular, in a first Experiment where an offset of 20 mV between the input signals of the 90 ° phase shifter exists and if the duty cycle between the input signals see only shifted by 5%, in both cases the phase error from 1.5 ° to less improved than 0.1 °. According to one second experiment, at the duty cycle between the input signals in such a case is the phase error from 1.5 ° to improved less than 0.2 °.
Modifiziertes AusführungsbeispielModified embodiment
Wie in
Wie oben beschrieben wurde, wird erfindungsgemäß die Gleichstromkomponente entsprechend dem Offset vom 50%-Einschaltverhältnis sowohl des ersten als auch des zweiten Eingangssignals ermittelt. Das Eingangsanschlußende der Phasenschiebemittel, die Signale mit 90°-Phasendifferenz erzeugen, wird der Rückkopplung der Gleichstromkomponente ausgesetzt. Wenn beispielsweise diese Maßnahmen für den 90°-Phasenschieber mit T-Flip-Flop eingesetzt werden, wird der Effekt erzielt, daß ein Ausgangssignal mit präziser 90°-Phasendifferenz erhalten wird, selbst wenn das Einschaltverhältnis des ersten oder des zweiten Eingangssignals von dem 50%-Wert verschoben wird. Da gemäß diesem Aufbau der Komparator oder der Operationsverstärker wie bei der konventionellen Ausstattung nicht erforderlich ist, wird weiterhin der Effekt erzielt, daß ein stabiler 90°-Phasenschieber mit geringer Leistungsdissipation im Hochfrequenzband realisiert wird.As described above, according to the invention the direct current component corresponding to the offset from the 50% duty cycle of both the first and also determined the second input signal. The input port end of the Phase shifter that generates signals with 90 ° phase difference the feedback exposed to the DC component. For example, if this activities for the 90 ° phase shifter used with T flip-flop, the effect is achieved that an output signal with more precise 90 ° phase difference is obtained even if the duty ratio of the first or the second Input signal is shifted from the 50% value. Because according to this Construction of the comparator or the operational amplifier as in the conventional Equipment is not required, the effect is still achieved the existence stable 90 ° phase shifter with low power dissipation in the high frequency band is realized.
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